Как найти p в физике электричество

Мощность электрического тока, формула

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение которого совершена работа.

Если:
P — мощность электрического тока (Вт),
W — работа электрического тока (Дж = Вт·с),
U — напряжение (В),
I — сила тока (A),
R — сопротивление цепи (Ом),
t — время протекания тока (c),
То:

Мощность электрического тока через напряжение и ток

\[ P = \frac = UI \]

Мощность электрического тока, формула

Мощность электрического тока — это отношение произведенной им работы ко времени в течение которого совершена работа.

Если:
P — мощность электрического тока (Вт),
W — работа электрического тока (Дж = Вт·с),
U — напряжение (В),
I — сила тока (A),
R — сопротивление цепи (Ом),
t — время протекания тока (c),
То:

Работа и мощность электрического тока в цепи

Во время протекания тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За пройденное время Δ t по цепи имеется заряд Δ q = I Δ t .

Электрическое поле выделенного участка выполняет работу, формулу которой мы запишем так: Δ A = ( φ 1 – φ 2 ) Δ q = Δ φ 12 I Δ t = U I Δ t , где U = Δ φ 12 – напряжение. Такая величина называется работой электрического тока.

Обе части формулы R I = U выражают закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R , умноженным на I Δ t . В итоге получим соотношение R I 2 Δ t = U I Δ t = Δ A , выражающее закон сохранения энергии для однородного участка цепи. Работа Δ A электрического тока I , протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R , преобразуется в тепло Δ Q , выделяющееся на проводнике. Δ Q = Δ A = R I 2 Δ t .

Закон Джоуля-Ленца

Дж. Джоуль и Э. Ленц установили закон преобразования работы тока в тепло.

Формула мощности электрического тока (измеряется в амперах) записывается в виде отношения изменения работы тока Δ A за определенный промежуток времени Δ t :

P = ∆ A ∆ t = U I = I 2 R = U 2 R .

Работа и мощность электрического тока обратно пропорциональны.

По таблице С И понятно, в чем измеряется мощность: в ваттах ( В Т ) , а работа в Джоулях ( Д ж ) .

Перейдем к рассмотрению полной цепи постоянного тока, которая состоит из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r на участке R . Запись основного закона Ома для полной цепи имеет вид ( R + r ) I = ε . При умножении обеих частей на Δ q = I Δ t получаем, что соотношение для выражения сохранения энергии полной цепи постоянного тока запишется: R I 2 Δ t + r I 2 Δ t = ε I Δ t = Δ A с т . Из левой части видно, что Δ Q = R I 2 Δ t обозначает выделяющееся тепло на внешнем участке за промежуток времени Δ t , а Δ Q и с т = r I 2 Δ t – внутри источника за тот же время.

ε I Δ t – это обозначение работы сторонних сил Δ A с т , действующих внутри. Если имеется замкнутая цепь, тогда Δ A с т переходит в тепло, которое выделяется во внешней цепи ( Δ Q ) и внутри источника ( Δ Q и с т ) .

Δ Q + Δ Q и с т = Δ A с т = ε I Δ t .

Работа сторонних сил

Работа электрического поля не входит в данное соотношение, так как в замкнутой цепи работа не совершается, следовательно, тепло идет только от внутренних сторонних сил. В данном случае электрическое поле перераспределяет тепло по всем участкам цепи.

Внешняя цепь может иметь не только проводник с R сопротивлением, но и механизм, потребляющий мощность. Такой случай говорит о том, что R эквивалентно сопротивлению нагрузки. Энергия, которая выделяется по внешней цепи, преобразуется в тепло и другие виды энергии.

Работа, совершаемая сторонними силами за единицу времени, равняется P и с т = ε I = ε 2 R + r . Внешняя цепь характеризуется мощностью P = R I 2 = ε I — r I 2 = ε 2 R ( R + r ) 2 .

Коэффициентом полезного источника называют отношение η = P P и с т , записываемое как η = P P и с т = 1 — r ε I = R R + r .

Рисунок 1 . 11 . 1 показывает зависимость P и с т , полезной Р , выделяемой во внешней цепи, кпд η от тока I для источника с ЭДС, равной ε , и внутренним сопротивлением r . Изменение тока в цепи происходит в пределах от I = 0 ( при R = ∞ ) до I = I к з = ε r ( при R = 0 ).

Рисунок 1 . 11 . 1 . Зависимость мощности источника P и с т , мощности во внешней цепи Р и КПД источника η от силы тока.

Приведенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи может быть достигнута при R = r и запишется P m a x = ε 2 4 r . Формула тока в цепи будет иметь вид I m a x = 1 2 I к з = ε 2 r , где КПД источника не превышает 50 % . При I → 0 может достигаться максимальное значение КПД, тогда сопротивление R → ∞ . При коротком замыкании значение мощности Р = 0 . Тогда она только выделяется внутри источника, что грозит перегревом, причем КПД обращается в ноль.

Как найти p в физике электричество

В электрической цепи можно выделить два участка: внутренний — в источнике тока и внешний — тот, на котором включены разные приборы — потребители энергии. На внутреннем участке электрической цепи происходит преобразование неэлектрической энергии (например, механической) в энергию электрического поля. А на внешнем участке цепи энергия электрического поля за счет работы электрического тока превращается в другие виды энергии. Например, в электродвигателях энергия электрического поля превращается в механическую; в электрической лампе — во внутреннюю и энергию излучения; в электрическом утюге — во внутреннюю, причем эта энергия путем теплообмена отдается окружающим телам; при электролизе и при зарядке аккумулятора — в энергию химических реакций. Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или, что одно и то же, сколько было получено и израсходовано электрической энергии. Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения: U=A/q .
Следовательно, работа электрического тока равна:
A =qU.
Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания. Подставив в формулу для вычисления работы q = It, получим
Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи. Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж).
1 джоуль = 1 вольт·1 ампер·1 секунда, или 1Дж=1В·1А·1с .
Для учета совершенной электрическим током работы, а следовательно, для учета израсходованной (преобразованной) электрической энергии созданы специальные приборы-счетчики электрической энергии. Устанавливают такие счётчики и в квартирах. Из курса физики VII класса вы знаете, что мощность равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. Мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р. Следовательно, мощность равна: P=A/t .
Пользуясь этой формулой, найдем мощность электрического тока. Так как работа тока определяется формулой А = I·U·t , то мощность электрического тока равна: P=IU .
За единицу мощности ватт (Вт) принята мощность тока силой 1 А на участке с напряжением 1 В . Следовательно, 1Вт = 1А·1В . Ватт сравнительно небольшая мощность, на практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) = 100 Вт, 1 кВт (киловатт) = 1000 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 1000000 Вт. Измерить мощность электрического тока можно с помощью вольтметра и амперметра. Чтобы вычислить искомую мощность, умножают напряжение на силу тока, найденные по показаниям приборов. Существуют специальные приборы — ваттметры, которые непосредственно измеряют мощность электрического тока в цепи. В таблице приведены мощности некоторых источников и потребителей электрического тока.

Мощность различных электрических устройств	кВт
Лампа карманного фонаря	0,001
Холодильник домашний	0,110-0,16
Лампы осветительные (бытовые)	0,015-0,2
Электрический утюг	0,3 — 1
Стиральная машина	0,35-0,6
Электрическая плитка	0,6; 0,8; 1; 1,25
Электропылесос	до 0,6
Лампы в звездах башен Кремля	5
Двигатель электровоза ВЛ10	650
Электровоз ВЛ10	5200
Электродвигатель прокатного стана	6000-9000
Гидрогенератор Братской ГЭС	250 000
Турбогенератор	50 000 — 1 200 000

В паспортах приемников тока — лампах, плитках, электродвигателях — обычно указывают мощность тока в них. По мощности легко определить работу тока за заданный промежуток времени, пользуясь формулой A=Pt.
Выражая мощность в ваттах, а время в секундах, получим работу в джоулях:
1 Вт = 1 Дж/с, откуда 1 Дж = 1 Вт·с.
Однако эту единицу работы неудобно использовать в практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например в бытовых приборах — в течение нескольких часов, в электропоездах — по несколько часов и даже суток, а расчет израсходованной энергии по электросчетчику производится чаще всего за месяц. Поэтому при вычислении работы тока или затрачиваемой и вырабатываемой электрической энергии во всех этих случаях приходится переводить эти отрезки времени в секунды, что усложняет расчеты.
Поэтому в практике, вычисляя работу тока, гораздо удобнее время выражать в часах, а работу тока не в джоулях, а в других единицах: ватт-час (Вт·ч), гектоватт-час (гВт·ч), киловатт-час (кВт·ч).
1 Вт·1ч = 3600 Дж;
1 гВт·1ч =360000 Дж;
1 кВт·1ч =3600000 Дж.

Мощность электрического тока

Обычно электрический ток сравнивают с течением жид­кости по трубке, а напряжение или разность потенциалов — с разностью уровней жидкости.

В этом случае поток воды, падающий сверху вниз, несет с собой определенное количество энергии. В усло­виях свободного падения эта энергия растрачивается беспо­лезно для человека. Если же направить падающий поток во­ды на лопасти турбины, то последняя начнет вращаться и сможет производить полезную работу.

Работа, производимая потоком воды в течение определен­ного промежутка времени, например, в течение одной секун­ды, будет тем больше, чем с большей высоты падает поток и чем больше масса падающей воды.

Точно так же и электрический ток, протекая по цепи от высшего потенциала к низшему, совершает работу. В каждую данную секунду времени будет совершаться тем больше рабо­ты, чем больше разность потенциалов и чем большее количе­ство электричества ежесекундно проходит через поперечное сечение цепи.

Мощность электрического тока это количество работы, совершаемой за одну секунду времени, или скорость совершения работы.

Количество электричества, проходящего через поперечное сечение цепи в течение одной секунды, есть не что иное, как сила тока в цепи. Следовательно, мощность электрического тока будет прямо пропорциональна разности потенциалов (на­пряжению) и силе тока в цепи.

Для измерения мощности электрического тока принята еди­ница, называемая ватт (Вт).

Мощностью в 1 Вт обладает ток силой в 1 А при разности потенциалов, равной 1 В.

Для вычисления мощности постоянного тока в ваттах нуж­но силу тока в амперах умножить на напряжение в вольтах.

Если обозначить мощность электрического тока буквой P, то приведенное выше правило можно записать в виде формулы

P = I*U. (1)

Воспользуемся этой формулой для решения числового при­мера. Требуется определить, какая мощность электрического тока необходима для накала нити радиолампы, если напряжение накала равно 4 в, а ток накала 75 мА

Определим мощность электрического тока, поглощаемую нитью лампы:

Р= 0,075 А*4 В = 0,3 Вт.

Мощность электрического тока можно вычислить и другим путем. Предположим, что нам известны сила тока в цепи и сопротивление цепи, а напряжение неизвестно.

В этом случае мы воспользуемся знакомым нам соотноше­нием из закона Ома:

U=IR

и подставим правую часть этого равенства (IR) в формулу (1) вместо напряжения U.

Тогда формула (1) примет вид:

P = I*U =I*IR

Р = I 2 *R. (2)

Например, требуется узнать, какая мощность теряется в реостате сопротивлением в 5 Ом, если через него проходит ток, силой 0,5 А. Пользуясь формулой (2), найдем:

P= I 2 *R = (0,5) 2 *5 =0,25*5 = 1,25 Вт.

Наконец, мощность электрического тока может быть вычислена и в том слу­чае, когда известны напряжение и сопротивление, а сила тока неизвестна. Для этого вместо силы тока I в формулу (1) подставляется известное из закона Ома отношение U/R и тогда формула (1) приобретает следующий вид:

Р = I*U=U 2 /R (3)

Например, при 2,5 В падения напряжения на реостате сопро­тивлением в 5 Ом поглощаемая реостатом мощность будет равна:

Р = U 2 /R=(2,5) 2 /5=1,25 Вт

Таким образом, для вычисления мощности требуется знать любые две из величин, входящих в формулу закона Ома.

Мощность электрического тока равна работе электрического тока, производимой в течение одной секунды.

P = A/t

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!